Wie verstärkt man ein Elektretmikrofon auf einen Bereich von 0-5 V mit einer Vorspannung von 2,5 V?

Ich bin neu bei Operationsverstärkern und habe viele Schaltungen ausprobiert, bekomme aber nicht die erwarteten Ergebnisse. Ich weiß, ich muss etwas rechnen, aber ich bin so verwirrt. Ich dachte, meine Frage ist wirklich einfach, aber es stellt sich heraus, dass sie es nicht ist.

Ich möchte nur ein Elektretmikrofon auf 5 V verstärken. Also 2,5 V Vorspannung ohne Eingang, dann 0 und 5 V als Min und Max für Signal. Muss ich diese Schaltung bauen und nur die Werte ändern?

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Die Ausgabe eines Mikrofons ist proportional zur Lautstärke des Schalls, der auf das Mikrofon trifft. Wenn Sie zu viel Verstärkung haben, werden sogar leise Töne verzerrt. Wenn Sie nicht genug Verstärkung haben, werden leise Töne zu leise erscheinen. Wie laut ist das maximale Tonsignal und wie viel Millivolt erzeugt das Mikrofon, wenn es diesen Ton aufnimmt? Und woran willst du den Ausgang des Operationsverstärkers anschließen? Es wird keinen Lautsprecher ansteuern, aber es könnte Kopfhörer mit hoher Impedanz antreiben.
Diese Schaltung wird wahrscheinlich das tun, was Sie wollen, wie es ist; aber wie Andy sagt, es hängt von der Lautstärke ab, die Sie haben. Und davon, wie gut der Operationsverstärker in der Nähe seiner Versorgungsschienen fährt. Sie erhalten beispielsweise nur 1 V und 4 V, es sei denn, Sie wählen einen Operationsverstärker mit "Rail-to-Rail" -Ausgangsantrieb.
Hallo, ich möchte normale Stimme aus etwa 5-10 cm Entfernung vom Mikrofon raumverstärken, habe gelesen, dass es etwa 20 mV ausgibt. Ich weiß, wie man die Verstärkung auf 100 einstellt, kann aber die 2,5-Bias richtig einstellen. Ich treibe keinen Lautsprecher an, ich verwende das Signal nur zur Modulation.
Wenn Sie eine 5-V-Versorgung haben, sind 2,5 V einfach die Hälfte davon; Der Teiler (2x 10k-Widerstände gezeigt) ist in Ordnung, wie er ist. Ich würde diesen Punkt (2,5 V) mit 1uf gegen Masse entkoppeln, das sollte das Rauschen ein wenig reduzieren.
Ich baue das mit einem lm324 und es funktioniert überhaupt nicht. Betrachten Sie nun die erste Schaltung, die in der ersten Antwort auf diese Frage gepostet wurde electronic.stackexchange.com/questions/57824/… . Aber ich verstehe nicht, was bei VCC2 reingehen soll?

Antworten (4)

Eigentlich wäre die Schaltung, die Sie nach ein paar Optimierungen haben, ziemlich gut, obwohl ich nicht nach dem jeweiligen Operationsverstärker gesucht habe, um zu sehen, ob er für diese Verwendung geeignet ist.

Die erste Änderung, die ich vornehmen würde, besteht darin, eine Kappe auf die + Eingangsleitung zu den Operationsverstärkern zu legen. Da die Impedanz 5 kΩ beträgt, würde 1 µF einen Rolloff von 32 Hz ergeben, was in Ordnung ist, da wir nur versuchen, das Netzteilrauschen daran zu hindern, in den Verstärker einzuspeisen.

Der Eingangskondensator von 220 nF sollte etwas höher sein. So wie es jetzt ist, bildet es mit dem 4,7-kΩ-Widerstand in Reihe mit ihm einen Tiefpassfilter mit einem Rolloff von 155 Hz. Das ist ein bisschen knapp, obwohl Ihr Mikrofon möglicherweise keine niedrigeren Frequenzen unterstützen kann. Trotzdem würde ich es mindestens doppelt so machen, wie es ist, aber eher eine 1-uF-Kappe verwenden. Achten Sie jedoch darauf, kein Bariumtitanat oder verwandte Keramiken zu verwenden, da diese Mikrophonie aufweisen. Es könnte ausreichen, nur zwei der Kappen, die Sie bereits haben, parallel zu setzen.

Ihre Spannungsverstärkung beträgt nur 100. Sie möchten wahrscheinlich mehr, um 5 Vpp aus einem Elektretmikrofon zu machen. Mit dieser Verstärkung benötigen Sie 50 mVpp vom Mikrofon, was etwas hoch klingt. Vielleicht geht es Ihnen auch gut, wenn Sie einen A / D mit ausreichend hoher Auflösung verwenden, damit das Signal die meiste Zeit nur einen Teil des Bereichs nutzen kann, aber Sie möchten Reserven für kurze, aber laute Töne.

Die 1-uF-Ausgangskappe ermöglicht es Ihnen, Vout auf jedem gewünschten Niveau zu schweben. Da Sie 2,5 V wollen, schwimmen Sie es dabei. Eine einfache Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, es an einen Spannungsteiler von der 5-V-Versorgung anzuschließen. Zwei 100-kΩ-Widerstände würden das gut machen.

Olin, wo 100k-Teiler platziert werden (O / P-Terminal von OPAMP oder nach der Kappe)
Hallo, ich habe das mit einem lm324 gebaut und es hat überhaupt nicht funktioniert. Vielen Dank für Ihre Antwort. Sobald ich den richtigen Operationsverstärker habe, werde ich diese Dinge zu meiner Schaltung hinzufügen.
@yogece: Nach der Kappe.
@RoelfDaling - Der LM324 ist wirklich kein sehr guter Operationsverstärker. Der Ausgang kann nicht sehr hoch schwingen (nur innerhalb von ~ 2 V der positiven Schiene). Das Schlüsselwort hier ist Rail-Rail -Operationsverstärker. Sie benötigen ein Teil, das eine Schiene-Schiene-Ausgangsschwingung hat.
Benötigt die Schaltung keinen Entkopplungskondensator zwischen den beiden Operationsverstärkerstufen? Würde der zweite Operationsverstärker nicht auch den Offset des ersten verstärken?
@m.Alin: Ja, guter Punkt. Bei einem Gewinn von nur 100 habe ich das nicht bedacht. Aber ich habe gerade nachgesehen und der LM1458 hat einen großen Offset von bis zu 5 mV. Der Versatz wird schließlich durch die Ausgangskappe eliminiert, aber ein übermäßiger Versatz kann intern zu einer Begrenzung auf eine Schiene führen. Eine 1-uF-Kappe in Reihe mit dem Ausgang des ersten Verstärkers wäre eine gute Idee. Achten Sie darauf, eine mikrofonunempfindliche Keramik zu verwenden.

Das Elektretmikrofon arbeitet auf der Basis eines variablen Kondensators, der aus einer sehr dünnen Schicht eines polarisierten Isolators besteht, der sich mit dem Schalldruck bewegt. Die erzeugte Wechselspannung wird durch einen internen FET gepuffert, so dass für den Betrieb eine externe Stromversorgung erforderlich ist. Deshalb müssen Sie einen externen Widerstand hinzufügen.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Größe des externen Widerstands und die Spannung, aus der er gespeist wird, bestimmen den Strom durch den FET, und seine Größe bestimmt die Änderung der Ausgangsspannung bei einer Stromänderung. Ein zu kleiner Wert reduziert die Ausgabe. Normalerweise ist ein mA oder so ein angemessener Strom. Ihr 4K7 ist eine vernünftige Wahl, aber Sie können jederzeit einen 10K ausprobieren, um mehr Leistung zu erzielen.

Das Elektret muss entkoppelt werden (DC vom AC getrennt), was Sie mit dem 0,22-uF-Kondensator getan haben. Ich würde versuchen, hier keine billige Scheibenkeramik zu verwenden. Sie werden überrascht sein, wie gut (oder schlecht) ein Mikrofon sein kann. Möglicherweise möchten Sie auch einen Kondensator über den unteren 10-kΩ-Widerstand Ihres Potenzialteilers (z. B. 10 uF) hinzufügen, da jede Spannungsänderung (Rauschen) an diesem Punkt zusammen mit dem Ausgang des Mikrofons verstärkt wird. Ihr zweistufiger (x10) ---- (x10) ist eine gute Idee, da er eine bessere Bandbreite erzeugt als ein einzelner (x100) Verstärker.

Wenn Sie einen Modulator (z. B. FM- oder AM-Radio) ansteuern, würde ich in Betracht ziehen, die 1. Stufe Ihres Verstärkers so zu ändern, dass sie AGC (automatische Verstärkungsregelung) enthält, um eine Übermodulation zu verhindern und dennoch leise Töne anständig modulieren zu können: -

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Hier ist, wo ich es gefunden habe - scrollen Sie nach unten an der Anzeige vorbei.

Es scheint ein ziemlich einfaches Design zu sein und ist für einen Modulator ausgelegt. Fügen Sie dies anstelle des 1. Operationsverstärkers in Ihrer Schaltung ein; R1 auf diesem Stromkreis verbindet sich nach den 0,22 uF auf Ihrem Stromkreis. Der "Ausgang" dieser Schaltung wird mit dem 2. 4k7 Ihrer Schaltung verbunden. Sie können auch erwägen, die Verstärkung Ihres zweiten Operationsverstärkers zu reduzieren, falls die obige Schaltung Ihren zweiten Operationsverstärker in Verzerrung übersteuert.

Hier ist auch ein Link zu einem anderen Mikrofon-AGC-Verstärker und FM-Modulator

Guter Vorschlag zum Hinzufügen von AGC, aber das gezeigte Mikrofon ist kein Elektrettyp. Ein einfacher Mod besteht darin, einen Entkopplungskondensator zwischen Mikrofon und Eingangswiderstand und einen Pull-Up-Widerstand (5k) hinzuzufügen, um die Impedanz des Mikrofons mit Strom zu versorgen / anzupassen.
@JImDearden, wenn das OP meinen Anweisungen im Absatz zwischen den Links folgt, ist alles in Ordnung; "R1 auf diesem Stromkreis usw ..."
Sie haben recht, ich muss lesen lernen.

Betrachten Sie dieses Schema unten.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

  1. Im stationären Zustand hat das Elektretmikrofon einen Widerstand von etwa 1 K Ohm und gab uns 0,4545 Volt mit 10 K Pull-up.
  2. Der Operationsverstärker arbeitet in dieser Konfiguration als invertierender Verstärker mit 2,5 V als virtuelle Masse. Der invertierende Eingang hat die gleiche Spannung wie der nichtinvertierende, was 2,5 V entspricht
  3. Im stationären Zustand lädt sich die Kopplung auf und lässt den gekoppelten Eingang um 2,5 V des invertierenden Eingangs oszillieren.
  4. Die Verstärkung dieser Schaltung entspricht -R5/R4.
Das Datenblatt für den antiken LM1458 zeigt, dass seine Mindestversorgung 10 V beträgt, wenn er kaum funktioniert. Es ist kein Mikrofonvorverstärker, da sein Rauschen zu hoch ist und seine schlechte Anstiegsgeschwindigkeit hohe Audiofrequenzen schneidet. Der TL081 hat eine Mindestversorgung von 7 V oder 10 V auf seinem Datenblatt. Seine hier gezeigte Eingangsvorspannung ist zu niedrig. Die maximale Verstärkung von 10 in der hier gezeigten Schaltung ist zu niedrig für einen Mikrofonvorverstärker. Die meisten Elektretmikrofone benötigen mindestens 2 V und ziehen einen maximalen Strom von 0,5 mA, dann funktionieren die 10 k, die es von 5 V speisen, nicht.
Vielen Dank für den nützlichen Kommentar. Ich habe diese Schaltung mit tl071 erstellt und sie funktioniert gut.
Wie verstärkt man ein Elektretmikrofon auf einen Bereich von 0-5 V mit einer Vorspannung von 2,5 V?
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